Melhor resposta
O plasma é um estado da matéria em que uma substância gasosa ionizada se torna altamente eletricamente condutora ao ponto de longo alcance elétrica e campos magnéticos dominam o comportamento da matéria. Este estado pode ser contrastado com os outros estados : sólido , líquido e gás . Ao contrário desses outros estados da matéria, o plasma é raro na superfície da Terra em condições normais e é gerado principalmente artificialmente a partir de gases neutros.
O plasma é um meio eletricamente neutro de partículas positivas e negativas não ligadas (ou seja, a carga total de um plasma é aproximadamente zero). Embora essas partículas não estejam ligadas, elas não são “livres” no sentido de não sentir forças. Partículas carregadas em movimento geram uma corrente elétrica dentro de um campo magnético, e qualquer movimento de um plasma carregado partícula afeta e é afetada pelos campos criados por outras cargas. Por sua vez, isso governa o comportamento coletivo com muitos graus de variação.
Três fatores definem um plasma:
- A aproximação do plasma : a aproximação do plasma se aplica quando o parâmetro do plasma, Λ, [26] representa o número de portadores de carga dentro de uma esfera (chamada esfera de Debye, cujo raio é o filtro de Debye ngth) em torno de uma determinada partícula carregada, é suficientemente alto para proteger a influência eletrostática da partícula fora da esfera. [21] [22]
- Interações em massa : o comprimento da triagem Debye (definido acima) é curto em comparação ao tamanho físico do plasma. Este critério significa que as interações na maior parte do plasma são mais importantes do que aquelas em suas bordas, onde os efeitos de limite podem ocorrer. Quando este critério é satisfeito, o plasma é quase neutro. [27]
- Plasma frequência : A frequência do plasma do elétron (medindo oscilações do plasma dos elétrons) é grande em comparação com a frequência de colisão do elétron neutro (medindo a frequência das colisões entre elétrons e partículas neutras). Quando esta condição é válida, as interações eletrostáticas dominam os processos de cinética de gás comum. [28]
Temperatura [ editar ]
A temperatura do plasma é comumente medida em kelvins ou eletronvolts e é, informalmente, uma medida da energia cinética térmica por partícula. Geralmente, altas temperaturas são necessárias para sustentar a ionização, que é uma característica definidora de um plasma. O grau de ionização do plasma é determinado pela temperatura do elétron em relação à energia de ionização (e mais fracamente pela densidade), em um relacionamento denominado equação de Saha . Em baixas temperaturas, íons e elétrons tendem a se recombinar em estados ligados – átomos – e o plasma eventualmente se torna um gás.
Na maioria dos casos, os elétrons estão próximos o suficiente de equilíbrio térmico que sua temperatura é relativamente bem definida, mesmo quando há um desvio significativo de uma energia Maxwelliana função de distribuição , por exemplo, devido à radiação UV , partículas energéticas ou campos elétricos . Por causa da grande diferença de massa, os elétrons chegam ao equilíbrio termodinâmico entre si muito mais rápido do que chegam ao equilíbrio com os íons ou átomos neutros. Por esse motivo, a temperatura do íon pode ser muito diferente (geralmente mais baixa) da temperatura do elétron. Isso é especialmente comum em plasmas tecnológicos fracamente ionizados, onde os íons estão frequentemente próximos da temperatura ambiente .
Formas comuns de plasma
Produzido artificialmente
- Aqueles encontrados em monitores de plasma , incluindo telas de TV.
- Dentro de lâmpadas fluorescentes (iluminação de baixa energia), letreiros de néon [46]
- Escape de foguete e propulsores iônicos
- A área na frente de uma espaçonave “s escudo térmico durante reentrada na atmosfera
- Dentro de uma descarga de corona gerador de ozônio
- Pesquisa de energia de fusão
- O arco elétrico em uma lâmpada de arco , um arco soldador ou tocha de plasma
- Bola de plasma (às vezes chamada de esfera de plasma ou globo de plasma )
- Arcos produzidos por bobinas Tesla (transformador de núcleo de ar ressonante ou bobina disruptiva que produz arcos semelhantes aos de um raio, mas com corrente alternada em vez de eletricidade estática )
- Plasmas usados na fabricação de dispositivos semicondutores , incluindo corrosão de íons reativos , pulverização catódica , limpeza de superfície e deposição de vapor químico aprimorada por plasma
- Plasmas produzidos por laser (LPP), encontrados quando lasers de alta potência interagem com materiais .
- Plasmas indutivamente acoplados (ICP), formados normalmente em argônio gás para emissão óptica espectroscopia ou espectrometria de massa
- induzida magneticamente plasmas (MIP), normalmente produzidos usando microondas como método de acoplamento ressonante
Plasmas terrestres
- Centelhas elétricas estáticas
- Plasmas capacitivamente acoplados (CCP)
- Descargas de barreira dielétrica (DBD)
- Relâmpago
- A magnetosfera contém plasma no espaço circundante da Terra ambiente.
- A ionosfera
- A plasmasfera
- A aurora polar
- O vento polar , uma fonte de plasma
- Relâmpago atmosférico superior (por exemplo Jatos azuis, Blue starters, jatos gigantescos, ELVES)
- Sprites
- St. Fogo de Elmo
Plasmas espaciais e astrofísicos
- Estrelas (plasmas aquecidos por fusão nuclear )
- O vento solar
- O meio interplanetário (espaço entre planetas)
- O meio interestelar (espaço entre sistemas estelares)
- O meio intergaláctico (espaço entre galáxias)
- O Io – Júpiter tubo de fluxo
- Discos de acreção
- interestelar nebulosas
Resposta
Na verdade, é muito difícil não retirar alguns elétrons de um plasma – dependendo de que tipo de plasma é – porque eles se movem tão rápido . Uma vez que eles são cerca de 2.000 vezes mais leves do que um próton, se todas as partículas têm aproximadamente a mesma energia (e muitas vezes os elétrons têm muito mais), os elétrons têm velocidades pelo menos 50 vezes maiores. Na verdade, qualquer objeto sólido que você insere em um plasma tende a acumular elétrons até que carregue com uma tensão negativa (em relação ao plasma). Isso é chamado de “potencial flutuante” porque, uma vez atingido, a corrente líquida não flui mais para o objeto: sua carga acumulada repele elétrons e atrai íons o suficiente para equilibrar os elétrons que se movem muito, muito mais rápido. O contra-exemplo é que em alguns plasmas fortemente magnetizados, pode realmente ser mais fácil perder íons . Embora eles se movam muito mais lentamente em geral, seu transporte campo cruzado médio pode ser um pouco mais rápido.Partículas carregadas querem girar em torno das linhas de campo magnético (chamado de “movimento do ciclotron”) em órbitas com um raio específico, mas podem se mover ao longo de linhas de campo livremente (na verdade, é mais complicado em geral, mas vamos ver um caso simples aqui). Isso significa que, embora os elétrons se movam cerca de 50x mais rápido do que os prótons nas direções ao longo das quais não estão restritos, o raio do ciclotron é cerca de 50x menor (novamente, assumindo a mesma média energia, o que não é certo, mas geralmente não diferem por um fator de 50). Cada vez que uma partícula colide com outra partícula, essa transferência de momento basicamente embaralha onde a partícula está em sua órbita do cíclotron, o que significa que cada colisão a deixa entrar em campo cruzado por até um raio de ciclotron. Se o raio do ciclotron dos íons for relativamente grande em comparação com o tamanho do plasma, os íons podem ser perdidos muito rapidamente.
O problema aqui é que os plasmas geralmente gostam de permanecer quase neutro . Isso significa que, embora as cargas sejam separadas , contando todas as cargas no plasma ainda soma zero (ou quase zero). É possível fazer plasmas não neutros, mas suas taxas de perda tornam-se muito, muito maiores, porque a pressão eletrostática rapidamente se torna enorme . Por causa disso, se você retirar mais do que uma muito pequena porção dos elétrons de um plasma, você começa a perder íons (retorno à parte sobre potencial flutuante !) para aliviar essa pressão eletrostática; ou, dito de outra forma, quanto mais fortemente carregado positivamente o plasma se torna, mais fortemente os íons tendem a ser empurrados para fora e os elétrons tendem a ser puxados de volta. Quanto você pode carregar positivamente um plasma desta forma realmente depende do seu esquema de confinamento.